4K 监控改变视界的力量

2019-06-10罗超

中国公共安全 2019年4期

□ 文/本刊记者罗超

曾几何时，智能高清并行发展，驱动安防行业技术的大步向前，而时至今日，AI成了安防最主流技术，而4K为代表的超清技术发展现状如何？

曾几何时，智能高清并行发展，驱动安防行业技术的大步向前，而时至今日，AI成了安防最主流技术，而4K为代表的超清技术发展现状如何？是本文亟待阐述的话题。

4K监控的产业机遇

智能接轨AI后，因政策指引产业机遇迎来春天。而4K在2019也迎来的政策红利年。今年3月1日，工信部、国家广播电视总局、中央广播电视总台印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》。此次计划书中明确指出，超高清视频是继视频数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新，将带动视频采集、制作、传输、呈现、应用等产业链各环节发生深刻变革。加快发展超高清视频产业，对满足人民日益增长的美好生活需要、驱动以视频为核心的行业智能化转型、促进我国信息产业和文化产业整体实力提升具有重大意义。为推动产业链核心环节向中高端迈进，加快建设超高清视频产业集群，建立完善产业生态体系。其中涉足该计划书的有六大行业，视频监控、智能交通都在此列。在此次计划书中明确指出，在该领域需要加快推进超高清监控摄像机等的研发量产。推进安防监控系统的升级改造，支持发展基于超高清视频的人脸识别、行为识别、目标分类等人工智能算法，提升监控范围、识别效率及准确率，打造一批智能超高清安防监控应用试点。

广东是安防行业发源地之一，所以也是最早一批受此红利的省份。广州市人民政府办公厅近日印发《广州市加快超高清视频产业发展的行动计划（2019-2020年）》，提出到2020年，超高清视频产业总规模超过3000亿元、工业产值超过2500亿元、投资总额超过1500亿元，力争建成“一都、一区、一基地”，即“世界显示之都”、国家超高清视频应用示范区、国家超高清视频产业内容制作基地，以促进医疗健康、影视娱乐、安防监控、工业可视化、机器人巡检、智能交通等超高清新业务新应用蓬勃发展。比邻广州的惠州也是示范城市之一，由于其主要是以4K广电为建设目标，在此不在多述。

视频监控真的需要4K吗？

在此政策没出台之前，安防行业真的需要4K吗？还真是一个带有疑问的命题，但此次《计划》出台，无疑给了安防行业一针强心剂。那么我们来看看4K在视频监控行业所带来的价值体现。

其一，更高清晰度的镜头应用。4K技术需要支持更高清的镜头，配置超高清成像的镜头顺理成章是流行趋势，这样也能充分发挥出4K技术的优势。腾龙的4K监控镜头最能代表当下的镜头前沿技术，他们产品对应的传感器靶面最大为1/1.8"，这也是目前4K监控摄像机最为常见的大靶面尺寸。同时，他们的镜头可满足搭载1/1.8"，并向下兼容1/2"、1/3"靶面传感器的摄像机的使用，也意味着4K之下分辨率的摄像机，都可搭配此镜头。此外，腾龙4K监控镜头采用了非球面镜片及LD（低色散）镜片技术，能有效抑制色差，以拍摄出色彩饱满、图像锐利的图像。从结构看，腾龙的4K监控镜头共有3组镜片，最前端为固定安装，在阳光下，从其折射的紫光来看，镜头镀膜层数、厚度、均匀度都到位，能有效杜绝鬼影现象出现，第二组镜片在镜筒内自由伸缩，从外往内看，在一片清澈的透视中给人以强烈的深邃感。而第三组镜片为由聚焦环控制的镜片组，用于将光影像投射到传感器上。

值得一提的是，现在有些4K大场景监控是通过多目镜头拼接完成，比如：去年新锐产品大华四目全景网络摄像机由4个镜头为1/2.8"200万超低照度CMOS图像传感器、3mm定焦特制镜头组合，分别拍摄四个角度，通过大华智能算法，自动识别四组画面之间的重叠部分，并自动矫正及拼接，输出4096×1800的4K全景画面，从而做到水平180°、垂直87°的大视野呈现，且拼接画面平整无畸变，视频效果更直观，超高清监控一目了然。像这种多目镜头拼接在行业内应用也较为常见，对单个4K监控镜头其实也带来不小的市场挑战。

其二，4K具有更高性能的编码芯片。随着H.265等最新编码的应用与普及，有不少厂家开始针对安防行业的特殊应用场景对H.264编码器进行优化，使之也可以在4K分辨率下保持较低的码率。比如在2016年索尼北京安防展会记者就有所接触，采访中得知索尼对H.264编码性能进行深度优化，可以在4K分辨率下保持每秒6M码流。与此同时，索尼利用ROI降低带宽，他们独有的智能编码和智能剪裁两大绝技。智能编码有助于减小比特率、降低存储/网络带宽和一张图像中的不同压缩率，而智能剪裁的高效监控能减少数据存储，降低更多的存储/网络带宽，能让用户纵观全局，形成焦点感兴趣区域。有了这些技术，索尼的4K监控摄像机能游刃有余的在H.264编码基础上实现4K监控。

当然，行业现在主流的肯定是H.265编码算法，甚至有行业有观点认为H.265就是为4K而生。H.265确实解决了超高清产品的存储和带宽的成本问题，但要想真正将4K应用起来，各厂家就必须要给用户提供一站式的超高清&H.265产品解决方案。即从最前端的支持H.265编码的4K摄像机，到可以存储H.265编码的NVR/CVR，能够解码H.265的解码器/视频综合平台，以及能够接入H.265视频流的中心平台软件。只有这样，4K和H.265才能真正结合，真正得到项目的实际应用。

其三，智能存储开始应用。为确保摄像机的4K（3840 x 2160）的画质，最低码流8M/s，一分钟480M；带宽允许下可以用16M/s，一分钟960M。如此来看，4K带来了存储的问题。通过智能存储的应用，解决4K占用超大存储空间的问题。除了提高压缩比，应用智能存储方法也是一种有效解决4K占用超大存储空间的方法。智能存储是指变码流存储，即在指定目标出现时高码流，无指定目标时低码流的存储方式，这样可以有效达到节省存储空间的目的。但是同样是由于技术原因，这样的存储方式还没有得到完全普及，之后关于智能存储技术会在4K存储介绍中涉及。

其四、后端解码和显示能力大幅提升。对于后端解码显示设备，处理4K分辨率视频需要更多的计算处理能力。这是一个新的挑战，是4K后端显示能否普及的关键之一，另外一点是如何压缩成本，推出亲民价格。值得一提的是，4K显示器主要还是以LCD为主，LED的4K产品目前研发难度和成本都巨大，以LED小间距为例，目前实际应用最小的P0.8间距来看，其每平方米有1562500个像素点，与4K分辨率下的3840×2160的像素点数量相比差异仍然较大。而从液晶拼接看，目前上游厂商三星面板在2018年11月份已正式量产65寸4K的3.5mm拼缝的产品，意味着液晶拼接正式迈入真4k时代，虽然液晶拼接仍面临着拼缝问题，但是从产品4K化已领先于LED小间距和DLP拼接。

4K监控有哪些前沿性应用

不难看出，视频监控真的需要4K，其虽不如AI那般引发行业变革，但也能润物细无声般改变安防，以下从市场应用来分析4K在安防行业目前的前沿应用。

4K为态势监控诠释全景+实景的视频地图

4K监控最明显的技术优势在于它以高分辨率来提升画面精细度。画面的像素越高，在相同尺寸的画面上的像素就越精细，晶格就越小；人眼对于影像的垂直分辨率相当敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨识越多的细节与层次。画面精细度的提升，使画面能够呈现更多细节，且图像放大后仍能清晰呈现。与此同时，4K摄像机拥有更大的视场角，能够解决大场景的监控问题，更好的纵览全局。而这两点恰好是最近几年流行的态势监控的需求点，既有全局的大场景监控，同时兼顾局部细节。

2018年下半年，全球摄像机前沿技术的代表企业之一松下推出了全球首款四目的4K监控摄像头，能实现33MP图像分辨率。该企业虽然在最近几年中国市场消沉，但松下是全球推出首款宽动态和智能分析摄像机的企业，研发实力可见一斑。此次他们问世的产品有四个定位的镜头，每个镜头都配有4K图像传感器，可支持抓拍快速移动车辆的清晰图像，支持30fps全高清以及15fps 4K（3840x2160）视频图像，并配备IA（智能自动）及Clearsight技术，能实现在极端环境下，捕获最清晰的图像，例如满足城市监控与交通应用中新需求。与国内大部份相机相似的是，该摄像机支持H.265优化及智能编码、自学习ROI（感兴趣）技术，可以在最大限度上降低网络带宽要求，并实现图像性能；与国内摄像机大厂不同的是，国内四目4K摄像机是通过4个两百万镜头拼接组成800万像素，而松下该机是每个镜头均能实现4K效果。该机的态势监控可以安装在市区的各座高楼上，平均高度在百米左右，可以放大28倍，每个监控可以覆盖3至4公里的道路范围，路上车牌能看得清清楚楚。例如，北京市区世贸大厦上的的应用的该机可以直接看到学院路和七都大道交叉口。值得一提的是，松下该机拍摄到的画面具备延展性的功能。在监控画面中，可添加范围内的高清高位监控，如果需对画面里某个特定路段进行详细巡控，可直接点击某个高清高位监控的图标。因此，4K为态势监控诠释全景+实景的视频地图。

5G为超高清视频监控带来广阔市场

视频监控是紧贴IT和广电技术，2019年是5G应用元年，其实已经有搭载5G的手机和实现4K超高清电视5G网络传输测试。当然，5G真正商用还在2020年，但我们可以预测5G出现对安防行业4K技术带来哪些提升？

其一，智能和高清是一个组合词，AI在大肆赋能，也必然要求最初的视频源有极高的清晰度，以免在智能分析和辅助决策时出现纰漏。同时，一直以来，视频监控的成熟应用离不开网络技术的发展，视频监控数据的传输往往会受到网络带宽的影响。超高清视频所产生的海量数据对信息传输速度提出来更高的要求，而伴随着5G技术的不断成熟，5G对于4K乃至是8K视频的良好承载力将为视频监控带来一个更为广阔的市场，助力视频监控进一步从看得清迈向看得懂，让视频监控高清与智能两翼齐飞。

其二，5G网络正式商用后，监控设备将进一步走进8K分辨率时代，这意味着清晰度更高的画面与更丰富的视频细节，这使得视频监控分析价值更高，市场机会更多。而从视频数据传输方面来看，5G技术可以提升超高清监控视频资源的传输速度以及后端智能数据处理能力，减少网络传输和多级转发带来的延迟损耗，视频监控将不再局限于固定网络。

其三，5G的落地也将加速4K监控更多向商用、民用端的全面渗透，例如智慧城市项目。智慧城市作为5G技术与智慧安防结合的典型应用场景，将得到极大发展。届时，数据采集、分析速度达到微秒级别，从而打破困扰智慧城市项目的“信息孤岛”现象，使得万物互联得以真正实现；在民用部分，估计搭载4K技术的摇头机将问世，一改目前手机观看实时视频时，依然不够清晰的局面。